Цифровой низкочастотный фазометр мгновенного значения

 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями в области низких частот. С целью уменьшения времени измерения фазового сдвига и повышения точности измерения в фазометр введен второй интегратор, а преобразование периода сигнала и интервала времени, пропорционального сдвигу фаз, осуществляется в течение одного и того же периода исследуемого сигнала. Введенный интегратор обеспечивает совместно с аналого-цифровым преобразованием двойное интегрирование и определение отношения интервала времени к периоду. 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714099/21 (22) 03.07.89 (46) 15.06.91. Бюл. ¹ 22 (72) В.М.Аванесов и В,А.Мезинов (53) 621.317.77 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 432419, кл. G 01 R 25/00, 1974., Авторское свидетельство СССР № 1596269, кл. G 01 R 25/00, 1988. (54) ЦИФРОВОЙ НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ФАЗОМЕТР МГНОВЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано

Изобретение относится к фаэоизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига фаэ между двумя гармоническими колебаниями в области низких частот.

Цель изобретения — уменьшение времени измерения фазового сдвига и повышение точности измерений.

На фиг.1 приведена структурная схема фазометра; на фиг.2 и 3 — диаграммы напряжений, поясняющие работу фазометра и блока управленйя.

Устройство содержит формирователи 1 и 2, RS-триггер 3, источник 4 опорного напряжения, электронные ключи 5-8, первый интегратор 9, второй интегратор 10, компаратор 11, узел 12 выборки — хранения, инвертирующий усилитель 13, блок 14 управления, генератор 15 счетных импульсов, временной селектор 16, счетчик 17.. Жц» 1656472 A l для измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями в области низких частот. С целью уменьшения времени измерения фазового сдвига и повышения точности измерения в фазометр введен второй интегратор, а преобразование периода сигнала и интервала времени, пропорционального сдвигу фаз, осуществляется в течение одного и того же периода исследуемого сигнала. Введенный интегратор обеспечивает совместно с аналого-цифровым преобразованием двойное интегрирование и определение отношения интервала времени к периоду. 3 ил, Первый вход фазометра через формирователь 1 соединен с входом S RS-триггера 3, первым входом блока 14 управления, Второй вход фаэометра через формирователь 2 соединен с входом R RS-триггера 3, выход которого соединен с четвертым входом блока 14 управления. Источник 4 опорного напряжения соединен с входом электронного ключа 5, выход которого соединен с тачкой, объединяющей выход электронного ключа 6 и вход первого интегратора 9, выход которого соединен с объединенными входами электронных ключей 6 и 7 и узла 12 выборки-хранения, выход которого соединен с входом инвертирующега усилителя 13, выход которого соединен с входом электронного ключа 8. Вход eToporo интегратора 10 соединен с точкой, объединяющей выходы электронных ключей 7 и 8, а выход — с входам кампаратара 11, выход которого соединен с вторым входам блока 14 управления.

1656472

Первый, третий, четвертый, пятый выходы блока 14 управления соединены соответственно с управляющими входами электронных ключей 5 — 8, а второй выход блока 14 управления соединен с управляющим входом узла 12 выборки-хранения. Генератор

15 счетных импульсов соединен с входом временного селектора 16, управляющий вход которого соединен с шестым выходом блока 14 управления, а выход — с входом счетчика 17, выход которого соединен с третьим входом блока 14 управления.

Устройство работает следующим образом, Формирователи 1 и 2 вырабатывают короткие импульсы, соответствующие переходу сигналов U1 и Uz через нуль из отрицательных значений в положительные (фиг,2а,б,в). На выходе RS-триггера 3 вырабатывается импульс, длительность которого

At соответствует фазовому сдвигу

Ар (фиг.2г). В исходном состоянии выходные напряжения интеграторов 9 и 10 равны нулю.

Устройство имеет три рабочих такта.

8 течение первого такта, который начнется с приходом импульса с выхода Q RS-триггера 3 на четвертый вход блока 14 управления, последний на первом выходе вырабатывает

* импульс 01 (фиг.3), открывающий ключ 5, На вход первого интегратора 9 поступает постоянное напряжение О, от источника 4.

По заднему фронту импульса, приходящего с RS-триггера 3, блок 14 управления на втором выходе вырабатывает импульс Uz* (фиг,3), разрешающий запись напряжения

Оинт1 в узел 12 выборки-хранения (фиг.2д). К этому времени выходное напряжение первого интегратора 9 будет равно

1 1

Оинт1 = — — ) Uo dt = — — Uo At, (1) Z 1 о r1

ГД8 Оинт 1 ВЫХОДНОЕ.НаПРЯжеНИ8 П8РВОГО интегратора за время At;

71 AQCTORHHBR Вр8мени первОго Интегратора 9;

Л вЂ” длительность импульса на выходе

RS-триггера 3.

С приходом второго импульса с формирователя 1 ключ 5 закрывается и на интеграторе 9 будет напряжение:

1 1

Оинт2= 3 Uodt = ОоТ (2) о f1 гДе Оинт 2 — выходное напРЯжение пеРвого интегратора за время Т;

Т вЂ” период колебаний исследуемого сигнала.

Таким образом, по окончании первого такта на выходе узла 12 выборки-хранения

5 появится постоянное напряжение, пропорциональное At; а на выходе первого интегратора 9 — напряжение, пропорциональное периоду Т сигнала.

В начале второго такта, который начина10 ется вмомент закрывания ключа 5,,блок 14 управления открывае (сигнал 05*, фиг.3) электронный ключ 8 и на вход второго интегратора 10 поступает напряжение с инвертирующего усилителя 13. В этот же момент

15 открывается (сигнал 05*, фиг.З) временной селектор 16 и на вход счетчика 17 разрешается прохождение счетных импульсов с генератора 15 (фиг. 2е), В момент, когда счетчик 17 переполнит20 ся, второй такт закончится и интегратор 10 зарядится до напряжения U»-,3 (фиг.2ж) то

Оин-,З== —,—, f (- 0...1) К а =

К, - инт1 t2, т2 (3) Таким образом

Ои) т4 = Оинтз = где Оинтз — выходное напряжение второго интегратора 10 после второго такта; т2 — постоянная времени второго интегратора 10;

К вЂ” коэффициент передачи инвертирующего усилителя 13;

12 — длительность второго такта, t, = Т—

t2, Минус под знаком интеграла учитывает, что усилитель 13 инвертирует сигнал.

С началом третьего такта интегрирова*

40 ния, когда замкнут(04, фиг.3) электронный ключ 7, на вход интегратора 10 поступает

НаПРЯ>КЕНИЕ Оинт2 С ВЫХОДа ПЕРВОГО ИНтЕГратора 9. Конденсатор второго интегратора разряжается, и в момент, когда выходное напряжение станет равным нулю (Оинтз+

+ Оинт4 = О), на выхоДе компаРатоРа 11 выРабатывается импульс U2 (фиг,3), поступающий на второй вход блока 14 управления. На его шестом выходе вырабатывается импульС 05* (фиг.3), запрещающий прохождение счетных импульсов через селектор 16 на вход счетчика 17. В этот >ке момент на третьем выходе блока 14 управления появится импульс Оз* (фиг,3), замыкающий на короткое время ключ 6, производя тем самым сброс интегратора 9 (фиг,2д) и возвращая устройство в исходное состояние.

1656472

1 1 — — " u... а=- — u..., (4) о

2 где 1з — длительность третьего такта, тх =

=то+ тз.

Зная, что временные интервалы t2 и сз заполняются счетными импульсами генератора 15 с частотой fo, получим тг= —:

No, (5) то

t3 = —, Nx (6)

fî где No, Nx — число импульсов соответствен- но во втором и третьем тактах.

Решая уравнение (4): тз= — К t2 =-К т2 —, (7) . Оинт1 At

Оинт2 Т с учетом выражений (1) и (2), (5) и (6)

Nx К (о = 1= К Ыо Px

At

Т

Выбирая значение No, кратным 36, можно получить отсчет непосредственно в градусах.

Преобразование интервалов времени

At и Т в постоянные напряжения осуществляется в течение одного периода сигнала Т и занимает один измерительный такт. В течение последующих двух тактов осуществляется деление этих напряжений посредством аналого-цифрового преобра.зования, Таким образом, суммарное время измерения составляет тиэм1 = T+ t2 + t3, (8) где t изм = время измерения предлагаемого устройства;

Т вЂ” период исследуемого сигнала;

t2, тз — длительность соответственно второго и третьего измерительных трактов.

В устройстве-прототипе за счет последовательного во время преобразования At и Т в постоянные напряжения время измерения составляет

1изм2 = 2 Т + t2 + t3, (9)

ГДЕ Ъэм2 — ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСтРОйСтВапрототипа.

Таким образом, время измерения сокращается почти в два раза при Т > t2 + t3.

В связи с тем, что преобразование Лт и

Т в постоянные напряжения осуществляется за один период исследуемого сигнала, то устраняется также дополнительная погреш- . ность, связанная с возможным изменением частоты сигнала от периода к периоду.

Формула изобретения

Цифровой низкочастотный фазометр мгновенного значения, содержащий счетчик импульсов, два формирователя, четыре

10 электронных ключа, блок управления и генератор счетных импульсов, RS-триггер, источник опорного напряжения, интегратор, компаратор, узел выборки-хранения, инвертирующий усилитель, временной селектор, 15 при этом входы формирователей являются входами фазометра, а выход первого формирователя соединен с S-входом RS-триггера и первым входом блока управления, выход второго формирователя соединен с

20 R-входом RS-триггера, выход которого соединен с четвертым входом блока управления, выход источника опорного напряжения соединен с входом первого электронного ключа, выход которого подключен к входу

25 интегратора и выходу второго электронного ключа, вход которого соединен с выходом интегратора, а также с входами третьего электронного ключа и узла выборки-хранения, выход которого через инвертирующий

30 усилитель соединен с входом четвертого электронного ключа, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого электрон35 ного ключа, узла выборки-хранения, второго, третьего и четвертого электронных ключей и временного селектора, а второй и третий входы блока управления соединены соответственно с выходами компаратора и

40 счетчика импульсов, генератор счетных импульсов через временной селектор подключен к входу счетчика импульсов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения времени измерения фазового сдвига и по45 вышения точности измерений, в него дополнительно введен второй интегратор, вход которого соединен с объединенными выходами третьего и четвертого электронных ключей, а выход — с входом компаратора.

16!)6472

1656472

Фиг.2

Составитель Ю.Макаревич

Техред М.Моргентал Корректор M.Пожo

Редактор Е.Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2050 Тираж 420 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб„4/5